JP2020186933A - 容量式電磁流量計 - Google Patents
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Abstract
Description
測定管51内を流れる流体の温度が短時間に大きく変化すると、焦電効果によって測定管51の外周面に帯電を起こす場合がある。焦電効果とは、誘電体結晶を加熱すると、結晶構造が変化して、表面に焦電気と呼ばれる電荷が現れる現象である。この加熱には、例えば人体から出る赤外線による加熱も含まれ、このような僅かな加熱であっても、焦電効果により電荷が発生する場合もある。発生した電荷は、通常、表面に付着した空気中のイオンなどにより中和されるが、流体の温度が短時間に大きく変化すると多くの電荷が発生して、測定管51の外周面に帯電することになる。
測定管51内を流れる流体の圧力が変化すると、測定管51に歪みが発生し、圧電効果によって測定管51の外周面に帯電を起こす場合がある。圧電効果とは、誘電体に圧力が加わると、結晶構造が変化して分極し、表面に圧電気と呼ばれる電荷が現れる現象である。発生した電荷は、測定管51の外周面に帯電することになる。
[流体摩擦による帯電]
測定管51内に超純水のような低導電率の流体を流すと、測定管51の内周面と流体との摩擦によって静電気が発生し、測定管51の外周面に帯電することになる。
[第1の実施の形態]
次に、図1を参照して、本発明の第1の実施の形態にかかる容量式電磁流量計100について説明する。図1は、第1の実施の形態にかかる容量式電磁流量計の回路構成を示すブロック図である。
容量式電磁流量計100は、励磁コイルから印加した磁束により、測定管内を流れる計測対象である流体に生じた起電力を、測定管の外周面に設けられた面電極で、流体と電極との間の静電容量を介して検出し、得られた起電力を増幅した後、サンプリングして信号処理することにより、電極を流体に接液させることなく、流体の流量を測定する。
信号検出回路22は、信号増幅回路21からの流量信号VFをサンプルホールドし、得られた直流電圧を流量振幅値DFにA/D変換して、流量算出部27Bへ出力する。
伝送回路25は、伝送路Lを介して上位装置との間でデータ伝送を行うことにより、演算処理回路27で得られた流量計測結果や空状態判定結果を上位装置へ送信する。
励磁回路23は、励磁制御部27Aからの励磁制御信号Vexに基づいて、交流の励磁電流Iexを励磁コイル3A,3Bへ供給する。
設定・表示回路26は、例えば作業者の操作入力を検出して、流量計測、伝導率測定、空状態判定などの各種動作を演算処理回路27へ出力し、演算処理回路27から出力された、流量計測結果や空状態判定結果をLEDやLCDなどの表示回路で表示する。
次に、図2〜図4参照して、検出部20の構成について詳細に説明する。図2は、第1の実施の形態にかかる検出部の正面図である。図3は、第1の実施の形態にかかる検出部の側面図である。図4は、第1の実施の形態にかかる検出部の上面図である。
これにより、交流の励磁電流Iexを励磁コイル3A,3Bに供給すると、励磁コイル3A,3Bの中央に位置するヨーク面4A,4B間に磁束Φが発生して、流路1を流れる流体に、電極方向Zに沿って流体の流速に応じた振幅を持つ交流の起電力Va,Vbが発生し、この起電力Va,Vbが、流体と面電極10A,10Bとの間の静電容量を介して面電極10A,10Bで検出される。
本実施の形態では、図3〜4に示すように、測定管2の外周面2Aに形成した配線パターンを含む、接続配線11Aおよび接続配線11Bからなる一対の接続配線により、面電極10A,10Bとプリアンプ5Uとをそれぞれ電気的に接続している。
次に、面電極10A,10Bの外表面に形成された薄膜7について説明する。
図2〜図4に示すように、本実施の形態において、測定管2の外周面2Aには、少なくとも面電極10A,10Bの外表面のすべてを覆う誘電体の薄膜7が、測定管2の全周にわたって環状に形成されている。具体的には、面電極10A,10Bが外周面2Aにパターン形成された導体であるため、薄膜7として、これら面電極10A,10Bのすべてを覆うように、外周面2Aに貼り付けられる誘電性のフィルムを用いてもよい。
図3〜図4に示すように、管側配線パターン12Aは、測定管2の外周面2Aに長手方向Xに沿って直線状に形成された長手方向配線パターン13Aと、面電極10Aのうち、長手方向Xに沿った端部から上記長手方向配線パターン13Aの一端まで、測定管2の外周面2Aに測定管2の周方向Wに沿って形成された周方向配線パターン14Aとを含んでいる。
また、管側配線パターン12Bは、測定管2の外周面2Aに長手方向Xに沿って直線状に形成された長手方向配線パターン13Bと、面電極10Bのうち、長手方向Xに沿った端部から上記長手方向配線パターン13Bの一端まで、測定管2の外周面2Aに測定管2の周方向Wに沿って形成された周方向配線パターン14Bとを含んでいる。
本実施の形態のように、測定管2の外周面2Aに形成した配線パターンを用いれば、接続配線11A,11Bの位置を正確に固定化することができる。このため、磁束方向Yから見た両配線間の位置ズレを回避でき、磁束微分ノイズの発生を容易に抑制することができる。
プリアンプ基板5は、電子部品を実装するための一般的なプリント配線基板であり、図2に示すように、プリアンプ基板5のほぼ中央位置に、測定管2を貫通させるための管孔5Hが形成されている。したがって、プリアンプ基板5は測定管2と交差する方向に沿って取り付けられていることになる。管孔5Hに貫通させた測定管2の外周面2Aと、管孔5Hの端部とを接着剤で固定することにより、測定管2にプリアンプ基板5を容易に取り付けることができる。図2の例では、管孔5Hは、プリアンプ基板5の基板端部に向けて開口していないが、管孔5Hの周部の一部が、プリアンプ基板5の基板端部に向けて直接開口していてもよく、あるいはスリットを介して間接的に開口していてもよい。
容量式電磁流量計100において、測定管2として、樹脂やセラミックなどの誘電性材料からなり、電気を蓄える性質を持つ誘電体を用いた場合、測定管2の外周面2Aには、流体温度変化に伴う焦電効果による帯電、流体圧力変化による圧電効果に伴う帯電、あるいは、超純水のような低導電率の流体を流した際の流体摩擦による帯電が発生する。
次に、図6および図7を参照して、本発明の第2の実施の形態にかかる容量式電磁流量計100について説明する。図6は、第2の実施の形態にかかる検出部の側面図である。図7は、第2の実施の形態にかかる検出部の上面図である。
第1の実施の形態では、長手方向Xに沿った薄膜7の幅が、面電極10A,10Bの幅より少し長めにして、薄膜7で面電極10A,10Bのみを覆った場合を例として説明した。本実施の形態では、薄膜7で面電極10A,10Bに加えて管側配線パターン12A,12Bも覆う場合について説明する。
本実施の形態にかかる容量式電磁流量計100のこれ以外の構成については、第1の実施の形態と同様であり、ここでの説明は省略する。
これにより、帯電による電荷が面電極10A,10Bだけでなく管側配線パターン12A,12Bの外表面にも発生せず、その外側の薄膜7へ移動することになる。
次に、図8および図9を参照して、本発明の第3の実施の形態にかかる容量式電磁流量計100について説明する。図8は、第3の実施の形態にかかる検出部の正面図である。図9は、第3の実施の形態にかかる検出部の側面図である。
第1および第2の実施の形態では、薄膜7を、測定管2の全周にわたって環状に形成した場合を例として説明した。本実施の形態では、薄膜7を測定管2の周方向Wで2つに分割して形成する場合について説明する。
本実施の形態にかかる容量式電磁流量計100のこれ以外の構成については、第1または第2の実施の形態と同様であり、ここでの説明は省略する。
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
Claims (10)
- 計測対象となる流体が流れる誘電体の測定管と、
前記測定管を挟んで前記測定管の外周面に互いに対向して配置されて、前記流体に生じた起電力を検出する一対の面電極と、
少なくとも前記一対の面電極の外表面のすべてを覆うように形成された誘電体の薄膜と
を備えることを特徴とする容量式電磁流量計。 - 請求項1に記載の容量式電磁流量計において、
前記一対の面電極は、前記測定管の外周面にパターン形成された導体からなり、
前記薄膜は、前記一対の面電極のすべてを覆うように、前記測定管の外周面に貼り付けられるフィルムからなる
ことを特徴とする容量式電磁流量計。 - 請求項1または請求項2に記載の容量式電磁流量計において、
前記測定管の外周面に互いに対向して形成されて、前記一対の面電極と電気的にそれぞれ接続された一対の管側配線パターンをさらに備え、
前記薄膜は、前記一対の管側配線パターンの外表面を覆うように形成されている
ことを特徴とする容量式電磁流量計。 - 請求項1〜請求項3のいずれかに記載の容量式電磁流量計において、
前記薄膜は、樹脂フィルムを基材とした絶縁テープからなることを特徴とする容量式電磁流量計。 - 請求項1〜請求項3のいずれかに記載の容量式電磁流量計において、
前記薄膜は、樹脂フィルムの基材と粘着剤の2層構造を有する絶縁テープからなることを特徴とする容量式電磁流量計。 - 請求項1〜請求項3のいずれかに記載の容量式電磁流量計において、
前記薄膜は、絶縁性を有する液状のコーティング剤を塗布して乾燥させて形成した皮膜からなることを特徴とする容量式電磁流量計。 - 請求項1〜請求項3のいずれかに記載の容量式電磁流量計において、
前記薄膜は、前記一対の面電極のすべてを前記測定管の全周にわたって環状に覆う絶縁皮膜からなることを特徴とする容量式電磁流量計。 - 請求項7に記載の容量式電磁流量計において、
前記絶縁皮膜は、熱収縮チューブからなることを特徴とする容量式電磁流量計。 - 請求項1〜請求項8のいずれかに記載の容量式電磁流量計において、
前記薄膜は、前記測定管の全周にわたって環状に形成されていることを特徴とする容量式電磁流量計。 - 請求項1〜請求項8のいずれかに記載の容量式電磁流量計において、
前記薄膜は、前記測定管の周方向で2つに分割して形成されていることを特徴とする容量式電磁流量計。
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